php中處理websocket的流程和方法

WebSocket簡介

是基于TCP的一種新的網絡協議。它實現了瀏覽器與服務器全雙工(full-duplex)通信--允許服務器主動發送信息給客戶端。

WebSocket通信協議于2011年被IETF定為標準RFC 6455，并被RFC7936所補充規范。

WebSocket協議支持(在受控環境中運行不受信任的代碼的)客戶端與(選擇加入該代碼的通信的)遠程主機之間進行全雙工通信。用于此的安全模型是Web瀏覽器常用的基于原始的安全模式。 協議包括一個開放的握手以及隨后的TCP層上的消息幀。 該技術的目標是為基于瀏覽器的、需要和服務器進行雙向通信的(服務器不能依賴于打開多個HTTP連接(例如，使用XMLHttpRequest或<iframe>和長輪詢))應用程序提供一種通信機制。

下面我畫了一個圖演示 client 和 server 之間建立 websocket 連接時握手部分，這個部分在 node 中可以十分輕松的完成，因為 node 提供的 net 模塊已經對 socket 套接字做了封裝處理，開發者使用的時候只需要考慮數據的交互而不用處理連接的建立。而 php 沒有，從 socket 的連接、建立、綁定、監聽等，這些都需要我們自己去操作，所以有必要拿出來再說一說。

    +--------+    1.發送Sec-WebSocket-Key        +---------+
    |        | --------------------------------> |        |
    |        |    2.加密返回Sec-WebSocket-Accept  |        |
    | client | <-------------------------------- | server |
    |        |    3.本地校驗                      |        |
    |        | --------------------------------> |        |
    +--------+                                   +--------+

看了我寫的上一篇文章的同學應該是對上圖有了比較全面的理解。① 和 ② 實際上就是一個 HTTP 的請求和響應，只不過我們在處理的過程中我們拿到的是沒有經過解析的字符串。如：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Origin: http://example.com

我們往常看到的請求是這個樣子，當這東西到了服務器端，我們可以通過一些代碼庫直接拿到這些信息。

一、php 中處理 websocket

WebSocket 連接是由客戶端主動發起的，所以一切要從客戶端出發。第一步是要解析拿到客戶端發過來的 Sec-WebSocket-Key 字符串。

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

前文中也提到了 client 請求的格式（如上），首先 php 建立一個 socket 連接，監聽端口的信息。

1. socket 連接的建立

關于 socket 套接字的建立，相信很多大學修過計算機網絡的人都知道了，下面是一張連接建立的過程：

// 建立一個 socket 套接字
$master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
socket_set_option($master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
socket_bind($master, $address, $port);
socket_listen($master);

相比 node，這個地方的處理實在是太麻煩了，上面幾行代碼并未建立連接，只不過這些代碼是建立一個 socket 套接字必須要寫的東西。由于處理過程稍微有復雜，所以我把各種處理寫進了一個類中，方便管理和調用。

//demo.php
Class WS {
    var $master;  // 連接 server 的 client
    var $sockets = array(); // 不同狀態的 socket 管理
    var $handshake = false; // 判斷是否握手

    function __construct($address, $port){
        // 建立一個 socket 套接字
        $this->master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP)   
            or die("socket_create() failed");
        socket_set_option($this->master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)  
            or die("socket_option() failed");
        socket_bind($this->master, $address, $port)                    
            or die("socket_bind() failed");
        socket_listen($this->master, 2)                               
            or die("socket_listen() failed");

        $this->sockets[] = $this->master;

        // debug
        echo("Master socket  : ".$this->master."\n");

        while(true) {
            //自動選擇來消息的 socket 如果是握手 自動選擇主機
            $write = NULL;
            $except = NULL;
            socket_select($this->sockets, $write, $except, NULL);

            foreach ($this->sockets as $socket) {
                //連接主機的 client 
                if ($socket == $this->master){
                    $client = socket_accept($this->master);
                    if ($client < 0) {
                        // debug
                        echo "socket_accept() failed";
                        continue;
                    } else {
                        //connect($client);
                        array_push($this->sockets, $client);
                        echo "connect client\n";
                    }
                } else {
                    $bytes = @socket_recv($socket,$buffer,2048,0);
                    if($bytes == 0) return;
                    if (!$this->handshake) {
                        // 如果沒有握手，先握手回應
                        //doHandShake($socket, $buffer);
                        echo "shakeHands\n";
                    } else {
                        // 如果已經握手，直接接受數據，并處理
                        $buffer = decode($buffer);
                        //process($socket, $buffer); 
                        echo "send file\n";
                    }
                }
            }
        }
    }
}

demo.php 握手連接測試代碼

上面這段代碼是經過我調試了的，沒太大的問題，如果想測試的話，可以在 cmd 命令行中鍵入 php /path/to/demo.php;當然，上面只是一個類，如果要測試的話，還得新建一個實例。

$ws = new WS('localhost', 4000);

客戶端代碼可以稍微簡單點：

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){
    console.log("握手成功");
};
ws.onerror = function(){
    console.log("error");
};

運行服務器代碼，當客戶端連接的時候，我們可以看到：

通過上面的代碼可以清晰的看到整個交流的過程。首先是建立連接，node 中這一步已經封裝到了 net 和 http 模塊，然后判斷是否握手，如果沒有的話，就 shakeHands。這里的握手我直接就 echo 了一個單詞，表示進行了這個東西，前文我們提到過握手算法，這里就直接寫了。

2. 提取 Sec-WebSocket-Key 信息

function getKey($req) {
    $key = null;
    if (preg_match("/Sec-WebSocket-Key: (.*)\r\n/", $req, $match)) { 
        $key = $match[1]; 
    }
    return $key;
}

這里比較簡單，直接正則匹配，websocket 信息頭一定包含 Sec-WebSocket-Key，所以我們匹配起來也比較快捷~

3. 加密 Sec-WebSocket-Key

function encry($req){
    $key = $this->getKey($req);
    $mask = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";

    return base64_encode(sha1($key . '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11', true));
}

將 SHA-1 加密后的字符串再進行一次 base64 加密。如果加密算法錯誤，客戶端在進行校檢的時候會直接報錯

4. 應答 Sec-WebSocket-Accept

function dohandshake($socket, $req){
    // 獲取加密key
    $acceptKey = $this->encry($req);
    $upgrade = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" .
               "Upgrade: websocket\r\n" .
               "Connection: Upgrade\r\n" .
               "Sec-WebSocket-Accept: " . $acceptKey . "\r\n" .
               "\r\n";

    // 寫入socket
    socket_write(socket,$upgrade.chr(0), strlen($upgrade.chr(0)));
    // 標記握手已經成功，下次接受數據采用數據幀格式
    $this->handshake = true;
}

這里千萬要注意，每一個請求和相應的格式，最后有一個空行，也就是 \r\n，開始測試的時候把這東西給弄丟了，糾結了半天。

當客戶端成功校檢key后，會觸發 onopen 函數：

5. 數據幀處理

// 解析數據幀
function decode($buffer)  {
    $len = $masks = $data = $decoded = null;
    $len = ord($buffer[1]) & 127;

    if ($len === 126)  {
        $masks = substr($buffer, 4, 4);
        $data = substr($buffer, 8);
    } else if ($len === 127)  {
        $masks = substr($buffer, 10, 4);
        $data = substr($buffer, 14);
    } else  {
        $masks = substr($buffer, 2, 4);
        $data = substr($buffer, 6);
    }
    for ($index = 0; $index < strlen($data); $index++) {
        $decoded .= $data[$index] ^ $masks[$index % 4];
    }
    return $decoded;
}

這里涉及的編碼問題在前文中已經提到過了，這里就不贅述，php 對字符處理的函數太多了，也記得不是特別清楚，這里就沒有詳細的介紹解碼程序，直接把客戶端發送的數據原樣返回，可以算是一個聊天室的模式吧。

// 返回幀信息處理
function frame($s) {
    $a = str_split($s, 125);
    if (count($a) == 1) {
        return "\x81" . chr(strlen($a[0])) . $a[0];
    }
    $ns = "";
    foreach ($a as $o) {
        $ns .= "\x81" . chr(strlen($o)) . $o;
    }
    return $ns;
}

// 返回數據
function send($client, $msg){
    $msg = $this->frame($msg);
    socket_write($client, $msg, strlen($msg));
}

客戶端代碼：

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){
    console.log("握手成功");
};
ws.onmessage = function(e){
    console.log("message:" + e.data);
};
ws.onerror = function(){
    console.log("error");
};
ws.send("李靖");

在連通之后發送數據，服務器原樣返回：

二、注意問題

1. websocket 版本問題

客戶端在握手時的請求中有Sec-WebSocket-Version: 13，這樣的版本標識，這個是一個升級版本，現在的瀏覽器都是使用的這個版本。而以前的版本在數據加密的部分更加麻煩，它會發送兩個key：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Key1: xxxx
Sec-WebSocket-Key2: xxxx

如果是這種版本（比較老，已經沒在使用了），需要通過下面的方式獲取

function encry($key1,$key2,$l8b){ //Get the numbers preg_match_all('/([\d]+)/', $key1, $key1_num); preg_match_all('/([\d]+)/', $key2, $key2_num);

    $key1_num = implode($key1_num[0]);
    $key2_num = implode($key2_num[0]);
    //Count spaces
    preg_match_all('/([ ]+)/', $key1, $key1_spc);
    preg_match_all('/([ ]+)/', $key2, $key2_spc);

    if($key1_spc==0|$key2_spc==0){ $this->log("Invalid key");return; }
    //Some math
    $key1_sec = pack("N",$key1_num / $key1_spc);
    $key2_sec = pack("N",$key2_num / $key2_spc);

    return md5($key1_sec.$key2_sec.$l8b,1);
}

只能無限吐槽這種驗證方式！相比 nodeJs 的 websocket 操作方式：

//服務器程序
var crypto = require('crypto');
var WS = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
require('net').createServer(function(o){
    var key;
    o.on('data',function(e){
        if(!key){
            //握手
            key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1];
            key = crypto.createHash('sha1').update(key + WS).digest('base64');
            o.write('HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n');
            o.write('Upgrade: websocket\r\n');
            o.write('Connection: Upgrade\r\n');
            o.write('Sec-WebSocket-Accept: ' + key + '\r\n');
            o.write('\r\n');
        }else{
            console.log(e);
        };
    });
}).listen(8000);

socketo.me Ratchet 為 php 封裝的一個 WebSockets 庫。 

Google 上搜索 php+websoket+class，也能找到不少相關的資料。

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